Perkembangan pesat dalam peranti beroperasi pada kelajuan tinggi telah meningkatkan keperluan terhadap substrat dengan kerintangan yang tinggi. Kaedah tradisional untuk menghasilkan substrat tersebut dengan semikonduktor gabungan III dan V mengalami masalah kerumitan dan kos penghasilan yang tinggi. Penyelesaian alternatif seperti silikon-di-atas-penebat mempunyai isu kerosakan haba. Oleh itu, keperluan telah timbul untuk menghasilkan substrat dengan kerintangan yang tinggi melalui penggunaan silikon sebagai penyelesaian yang lebih murah dan kurang rumit. Kaedah pampasan dengan pengedopan tahap mendalam melalui unsur-unsur peralihan 3d telah dicadangkan untuk meningkatkan kerintangan untuk substrat silikon Czochralski jenis-p. Tujuan untuk tugasan ini adalah untuk menyelidiki potensi unsur-unsur peralihan sebagai dopant tahap mendalam bagi substrat silikon Czochralski jenis-n. Peningkatan dalam kerintangan untuk substrat silikon jenis-n yang dibekalkan oleh unsur-unsur peralihan yang dikaji, iaitu emas (Au), perak (Ag), kobalt (Co), paladium (Pd), vanadium (V), mangan (Mn) dan platinum (Pt) telah ditemui dan dianalisasi. Analisis atas plot-plot kerintangan silikon Czochralski dengan kepekatan fosforus latar belakang sebanyak 1014 cm-3 yang dipampas dengan unsur-unsur peralihan yang dikaji telah menunjukkan bahawa Au dan Ag ialah unsur-unsur yang paling baik untuk digunakan sebagai dopant tahap mendalam untuk substrat silikon jenis-n. Peningkatan dalam kerintangan teori yang tertinggi diperuntukkan oleh Au and Ag ialah hampir empat peringkat magnitud, iaitu daripada 50 Ω-cm kepada 5x105 Ω-cm dengan kepekatan Au atau Ag sebanyak 1015 cm-3. Penggunaan Co dan Pd adalah tidak wajar oleh sebab keperluan untuk kemeresapan yang tinggi. V, Mn dan Pt telah disingkirkan kerana unsur-unsur tersebut tidak memberikan pampasan untuk substrat silikon jenis-n. Perbezaan ketara antara keputusan daripada pengiraan teori dan ukuran dibuat atas wafer silikon Czochralski jenis-n yang dipampas dengan Au, iaitu 500 kΩ-cm dan 80 kΩ-cm adalah oleh sebab kewujudan lapisan permukaan Au yang tidak aktif atas wafer silikon dan perbezaan sedikit dalam kedudukan andaian aras tahap mendalam Au dalam jurang jalur silikon yang digunakan dalam pengiraan.
_______________________________________________________________________________________________________
The rapid development of high speed devices increases the need for high resistivity substrate to improve noise isolation. The traditional method of using III-V semiconductor material for the substrate is associated with the problem of fabrication cost and complexity. Alternative solution such as silicon-on-insulator (SOI) has the thermal breakdown issue. Therefore, there is a need to produce high resistivity bulk substrate using silicon as a cheaper and less complex solution. Deep level doping compensation method using 3d transition element has been proposed to increase the bulk resistivity of p-type Czochralski silicon (CZ-Si) substrate. The purpose of this work is to investigate the potential of using transition elements as deep level dopants for n-type CZ-Si substrate. The enhancement of resistivity of n-type Si substrate provided by studied transition elements, i.e. gold (Au), silver (Ag), cobalt (Co), palladium (Pd), vanadium (V), manganese (Mn) and platinum (Pt) was determined and analyzed. The analysis on the resistivity plots of CZ-Si with background phosphorus concentration of 1014 cm-3 compensated using studied transition elements shows that Au and Ag are the best elements to be used as deep level dopants for n-type Si substrate. The highest theoretical resistivity enhancement provided by Au and Ag is about four order of magnitude, which is from 50 Ω-cm to 5x105 Ω-cm with Au or Ag concentration of 1015 cm-3. The use of Co and Pd are not desirable due to requirement of high solubility. V, Mn and Pt are disqualified as they do not provide compensation for n-type Si substrate. The significant difference between the results of theoretical calculation and measurement made on actual n-type Au-compensated CZ-Si wafer, which are 500 kΩ-cm and 80 kΩ-cm respectively, is due to the existence of inactive surface Au layer on Si wafer and slight difference in assumed position of Au deep levels in Si bandgap used in the calculation.
High resistivity silicon- deep-level doping compensation using elemental gold / Lew Yit Shien